上游离子源2产生期望离子类型的带电粒子，并将它们加速到注入直线加速器3所需要的速度。氢气(H2)被用来生产质子。二氧化碳(C02)被用来产生碳离子。从离子源提取的离子束包括气体中的具有各种电荷态的所有元素谱。在接下来的剥离器中，离子失去仍然存在的电子。然后，剥离离子经由离子束传输线4注入环形加速器1，即同步加速器。在环形加速器I中执行的加速过程完成之后，接着进行离子引出(extract1n)。
[0058]图2显不用于偏转在环形加速器I中旋转的离子的偶极子(dipole) 5。偶极子5具有软磁材料制成的、其截面近似矩形的磁轭6，并在中心设有近似矩形的间隙7。为减小涡流，磁轭6可由多片堆叠组成。在环形加速器I中，用于粒子束的束流输运管(beam guidetube)布置在间隙7中。线圈8套在偶极子5的两边上。当电流施加到线圈8时，会在偶极子5和间隙7内形成感应磁场。因此，偶极子5是一个电磁体15。为了聚焦穿过间隙7的磁力线，该偶极子上也安装有磁极9，其被布置在连接两个线圈8的边上，并伸进间隙7。如果彼此面对的磁极9的面对齐使得彼此平行，则在磁极9之间形成均匀磁场。
[0059]同步加速器的偶极子5利用与离子束轴线垂直的均匀磁场引导粒子束(离子束)在圆形轨道上运动。偏转角描述由偶极子5导致的粒子束经历的偏转。所述偏转角是磁场强度B和磁体的有效磁路长度L的函数，也是粒子束刚度B P的函数。
[0060]为测量绝对磁场强度，霍尔探针形式的第一测量装置10布置在偶极子5中。为测量积分磁场(integral field) BL，提供拾波线圈(感应线圈)形式的第二测量装置11，其沿着偶极子5的束流输运系统安装。
[0061]所述拾波线圈安装在束流输运管上。所述拾波线圈围绕包括偶极子5首尾处的边缘磁场在内的磁通量。在这一结构中，所述拾波线圈邻近束流设置，通过拾波线圈的磁通量与粒子束穿过的积分磁场BL成比例。这样，磁场对粒子束和对感应线圈的作用是可比较的。
[0062]存在于磁极9之间的积分磁场可根据两个测得的量计算:由第一测量装置10测量的霍尔电压和由第二测量装置11测量的积分感应电压(integrated induced voltage)。
[0063]图3显示设计为四极子(quadrupole)的电磁体15。类似地，四极子12具有软磁材料制成的、其截面近似矩形的磁轭6，并在中心提供矩形的间隙7。线圈8安装在四极子12的所有边上。当对线圈8施加电流时，即在磁轭6和间隙7中形成感应磁场。为了聚焦穿过间隙7的磁力线，四极子12也安装有磁极9，其被布置在磁轭6的角上，并伸进间隙7。
[0064]图4显示其上安装有拾波线圈的四极子12。四极子12的拾波线圈缠绕在四个磁极9上。在各磁极9上的缠绕方向改变，如图4所示。缠绕在两个北极上的线圈必须与两个南极的方向相反，以便线圈中的感应电压具有相同的极性。
[0065]优选地，来自拾波线圈的信号使用屏蔽同轴导体输入积分器。
[0066]图5显示加速周期期间偶极子5分阶段的电流特性。
[0067]INIT-准备阶段:在该阶段，同步加速器的所有元件准备好，并设为用于随后的注入过程的初始值。在该第一阶段“INIT”，磁体中的电流从静态电流增加至用于注入的电流。为了使电流设置值中无台阶(step)，由两个圆整部(rounded part)和一个直线部建立一个斜坡(ramp)，其最终驱动磁体直至产生用于注入的积分磁场。
[0068]INJ-注入阶段:在该阶段，将离子束从直线加速器注入同步加速器并累积。为此，需要精确的与直线加速器周期的时变同步，正如设备动作的精确同步一样。在“ INJ”阶段，通过多圈注入将离子束注入同步加速器。在多圈旋转中累积离子束的时间期间，偶极子5的电流必须不变。从“INJ”阶段的开始，离子束存在于同步加速器中，后续阶段必须由设备的所有部件同步地执行。
[0069]CAPT -射频捕获:机器中的离子束被聚集成包(packet)。在“CAPT”阶段期间，偶极子5的磁场也必须不变。离子束被捕获并形成为粒子桶(particle bucket)。
[0070]ACC-加速阶段:加速聚集的离子束。在该阶段，为了将离子束保持在设计轨道上，并防止任何动量散度(momentum spread)的生长，加速腔的频率与偶极子励磁必须精确同步。此外，为了避免由于Q值变化导致的束流损失，偶极子励磁需要与四极子励磁精确同步。在“ACC”阶段，将束流加速至最终能级(final energy level)。为束流的刚度Bp指定一个线性梯度，设备的所有其他部件都按照该线性梯度进行设计。这里，同样在斜坡开头和结尾进行设计值圆整(rounding)，以避免设计值中的台阶。同步加速器中粒子的旋转频率随偶极子5中的磁场同步增长；通过这种方法，粒子被加速。
[0071]PREP-引出准备阶段:在同步加速器的该阶段，进行引出束流的准备。为此，激励用于引出的六极子，并驱使Q值接近谐振频率。“PREP”阶段准备引出离子束。基本上，其包括大约700ms的等待时间，在这段时间内同步加速器磁体的祸流以恒定电流衰减。这一阶段特别弓I人关注本发明的对磁场的闭环控制，因为通过借助于闭环控制，几乎可消除它。
[0072]EXTR-引出阶段:在这一阶段，执行束流引出。为此，激活射频击出励磁机(RF-KO-exciter)，且连续地通过谐振过程将束流与机器分离。仅在该阶段允许引出中断(溢出暂停(spill pause))。该引出阶段是借助外部信号完成的。在引出阶段“EXTR”，借助于射频击出励磁机，束流缓慢地从同步加速器中引出。
[0073]DUMP-束流消灭阶段:在这一阶段，清除任何仍保留在同步加速器中的粒子束。为此，将轨道向上偏移至竖直布置的刮刀(scraper)上。完成引出后，残余束流被收集在同步加速器中的刮刀上。在这两个阶段中，偶极子5中的电流值均保持不变。
[0074]WASH-调整(condit1ning)阶段:在这一阶段，四极子和偶极子被调整:磁流被驱动至可再现的最大值。这样，确保这些磁体在每个周期的开始具有相同的磁特性。该阶段可被消除。在调整阶段“WASH”，为了确保各参数的再现性不受磁体剩磁的影响，磁体首先被驱动到最大值，然后回到它们的静态电流。同步加速器中偶极子和四极子的磁滞作用导致这样的事实:如果磁体不通过相同的磁滞曲线，则不同的剩磁磁场会被建立。只有在每个周期的末尾将它们驱动至最大磁场，才能确保这一点。采用本发明的对磁场的闭环控制，这一阶段也可被消除。
[0075]RESET-复位阶段:在这一阶段，为所有元件重新建立初始条件。
[0076]图6显示本发明装置的电路原理框图。积分器20实时传送输入端的模拟电压的积分，该输入端的模拟电压是由于偶极子5中磁场的变化的影响而在拾波线圈(第二测量装置11)中产生的。积分器20的校准连续进行，并在工作条件下执行。为此，使用两个相同的积分路径，积分路径由电压-频率转换器21和频率计数器22提供，其在校准后自动切换。这样，本发明的装置具有两个彼此平行布置的积分器20。从而，持续进行的测量不会受到阻碍。每4秒执行一次新校准。为此目的所必须的计算在处理器单元中进行。积分的结果具有20位的分辨率和10 5Vs的精度。
[0077]根据拾波线圈产生的电压(拾波电压)的时变积分计算流经该拾波线圈的磁通量，其中该电压在+5V和-5V之间变化。为此，首先，在阻抗变换器中将该拾波电压连接至低阻电压源，其中该阻抗变换器被实施成一个放大系数为I的运算放大器。而且，该拾波电压由偏移电压23进行偏移，这里该拾波电压被偏压5V。这样产生的输入电压因此在0-10V范围内变化。该输入电压作为后面包括电压-频率转换器(VF转换器)21的积分器20的输入信号。
[0078]积分磁场根据两个测得的量计算得到:霍尔电压和拾波线圈的积分感应电压。也需要对霍尔探针10的偏移补偿和对拾波线圈11的漂移校正。积分器20配置成实时传送输入端模拟电压的积分，其中该模拟电压是由拾波线圈11测得的。此外，对积分器20进行连续校准，这种校准可在工作条件下执行。为此，提供两个相同的积分路径。
[0079]本发明的电路包括用于同时测量和校准的两个路径。作为积分的结果，被积分的电压将以特定频率产生的脉冲形式进行表示。这里，积分器20的实际输出信号，即时变脉冲序列，被直接使用。频率为每单位时间的脉冲数。由电压-频率转换器21在一个时间间隔内传送的脉冲数再现被积分的输入电压。
[0080]图6中使用的参考标记的列表:
[0081]20积分器
[0082]21电压-频率转换器
[0083]22计数器
[0084]23偏移电压(5V)
[0085]24多路复用器(MUX)
[0086]25用于多路复用器的逻辑
[0087]2